Vědci odhalili, jak bakterie kvantově zdvojnásobují energii ze Slunce: Klíč k novým solárním panelům

Vědci nedávno odhalili, jak určité fotosyntetické bakterie využívají sofistikovaný kvantový mechanismus k výraznému zvýšení účinnosti při zachycování slunečního světla.

Vědci z McMaster University identifikovali biologický vzorec, který pomáhá vysvětlit, proč jen některé mikroby jsou „chemickými velmocemi“ a produkují látky důležité pro medicínu. Jejich studie naznačuje, že hledání naléhavě potřebných nových antibiotik by se mělo zaměřit na mnohobuněčné mikroby.

Mnoho nejdůležitějších léků v medicíně, včetně antibiotik, imunosupresiv, léků snižujících cholesterol a protirakovinných látek, nebylo navrženo chemiky, ale pochází ze „specializovaných metabolitů“ – sloučenin, které bakterie a houby produkují k obraně v přírodě. Přestože na planetě existují miliony mikrobiálních druhů, jen malá hrstka z nich je schopna tyto látky ve velkém množství tvořit. Ve skutečnosti zhruba tři čtvrtiny našich antibiotik pocházejí z jediného typu bakterií, zatímco většina ostatních mikrobů jich produkuje jen velmi málo.

Nová studie, publikovaná v časopise Nature Microbiology, ukázala, že ve srovnání s jednobuněčnými mikroby jsou ty, které si vyvinuly mnohobuněčný životní styl, obzvláště bohatými zdroji přírodních sloučenin, jež tvoří základ mnoha antibiotik a dalších léků. Tento objev je jasným signálem pro výzkumníky v oblasti objevování léků, směřujícím jejich pozornost přímo k typům bakterií a hub, které s největší pravděpodobností skrývají neobjevené léčivé sloučeniny.

Profesor biochemie a biomedicínských věd Cameron Currie, který studii vedl společně s docentkou Lindsay Kalanovou, uvedl, že jejich hypotéza vycházela ze skutečnosti, že některé z medicínsky nejvýznamnějších organismů si vyvinuly mnohobuněčný životní styl. Například houba Penicillium, která produkuje penicilinová antibiotika, a bakterie Streptomyces, která produkuje několik klinicky schválených léků, jsou obě mnohobuněčné. Tým, vedený doktorandem Raufem Salamzadem, použil výpočetní nástroje k prozkoumání genetických kódů tisíců různých mikrobů a hledal specifické shluky genů, o nichž je známo, že umožňují produkci antibiotik. Zjistili, že mnohobuněčné skupiny, jako jsou sinice, myxobakterie a aktinomycety, obsahovaly nepoměrně velké množství genových shluků spojených s antimikrobiální produkcí. Následné sledování evoluce těchto linií ukázalo, že nárůst schopnosti produkovat chemické látky se důsledně shodoval s nástupem mnohobuněčnosti.

Vědci se domnívají, že mnohobuněčný životní styl nabízí mikroorganismům několik výhod, mezi něž patří i schopnost produkovat komplexní chemické látky. Produkce antibiotik a dalších specializovaných sloučenin ve ekologicky relevantním měřítku vyžaduje značné množství energie. Pro jednobuněčné organismy nemusí být udržování genetického aparátu potřebného k výrobě těchto rozmanitých chemikálií hodno energetické investice. Naopak u mikrobů, které přijmou mnohobuněčný životní styl, mohou různé buňky sdílet energeticky náročné úkoly, a tak kolektivně absorbovat náklady na produkci těchto složitých chemikálií. Tyto poznatky umožňují cílenější a promyšlenější výzkumné úsilí a naznačují, že dosud málo prozkoumané skupiny mnohobuněčných mikrobů mohou představovat nevyužitou zásobárnu nových léků, včetně antibiotik, které by mohly pomoci v řešení infekcí odolných vůči lékům. Výzkum byl podpořen financováním od National Institutes of Health, Stephen A. Jarislowsky Foundation a Canadian Institute for Advanced Research.